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藍(lán)色能源：潛力巨大的混合水發(fā)電

海洋是巨大的能源寶庫(kù)，除了海底的石油天然氣，近海的潮汐發(fā)電和波浪發(fā)電，若鹽差能發(fā)電也能被開(kāi)發(fā)利用，中國(guó)漫長(zhǎng)的海岸線及多個(gè)大江大河出海口將具有巨大的能源開(kāi)發(fā)潛力，而且鹽差發(fā)電與太陽(yáng)能和風(fēng)能相比，較少受氣候條件限制，也就是說(shuō)這是一種能夠控制的可再生能源，開(kāi)發(fā)潛力巨大。所謂“鹽差發(fā)電”就是海水和淡水在河口混合時(shí)，因?yàn)辂}度不同，能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)生成電能。

水是生命的源泉，也是能量的源泉，我們稱之為水能……

傳統(tǒng)意義的水能包括水電開(kāi)發(fā)，它利用大江大河水的地理落差產(chǎn)生能量，除此之外，還有潮汐能、波浪發(fā)電等，這些都是物理意義上的能量轉(zhuǎn)換，但其實(shí)水作為能量源泉還隱含了另一種更大潛能，那就是利用混合水的化學(xué)反應(yīng)，來(lái)產(chǎn)生電能。

簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是海水和淡水在河口混合時(shí)，因?yàn)辂}度不同，能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)生成電能。它被稱為藍(lán)色能源，已被視為最有待開(kāi)發(fā)的清潔能源之一。

半個(gè)世紀(jì)的探索

藍(lán)色能源概念于1954年由英國(guó)工程師R E Pattle首次提出，它有時(shí)也會(huì)被稱為“滲透能量”，因?yàn)樗驖B透現(xiàn)象而產(chǎn)生了能量。

為了理解其工作原理，我們可以制作兩瓶濃度不同的鹽溶液，如果這兩瓶溶液間有一層薄薄的讓水通過(guò)但不讓鹽離子通過(guò)的“半透膜”隔開(kāi)，那么水自然會(huì)從淡的一側(cè)向咸的一側(cè)流動(dòng)，而水流通過(guò)薄膜時(shí)產(chǎn)生的壓力，可用來(lái)推動(dòng)渦輪機(jī)發(fā)電。

(滲透能工作原理，圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò))

但半透膜是阻礙該技術(shù)應(yīng)用的主要障礙，直到20世紀(jì)70年代，半透膜材料實(shí)現(xiàn)商業(yè)化以后，人們才得以利用Pattle的想法來(lái)發(fā)電。一位名叫西德尼˙勒布的科學(xué)家建議可以將“滲透動(dòng)力裝置”用在約旦河和死海分界處，利用兩者水的鹽度差，在混合時(shí)可能釋放能量。

這種動(dòng)力裝置的工作效果并不是經(jīng)過(guò)薄膜的流速越快越好，因?yàn)榱魉龠^(guò)快會(huì)擠壓鹽水，阻礙大量淡水從膜另一側(cè)的流入。這項(xiàng)技術(shù)也被稱為“壓力阻尼滲透”。

首個(gè)使用壓力阻尼滲透的藍(lán)色能量站于2009年由挪威國(guó)家電力公司在挪威托夫特創(chuàng)建，發(fā)電能力4千瓦，這比起典型小型核電站5000千瓦的發(fā)電能力小得多得多。后挪威電力公司發(fā)現(xiàn)它其實(shí)并不夠劃算——這發(fā)電設(shè)備沒(méi)能制造出足夠的電力以抵消建造、運(yùn)行和維護(hù)的成本。最終，它不得不在運(yùn)行4年后被關(guān)掉。

反向電滲析技術(shù)的研發(fā)

盡管如此，商業(yè)開(kāi)發(fā)者們并沒(méi)有打消念頭。在位于萊瓦頓的荷蘭水資源研究所可持續(xù)用水技術(shù)中心，一家名為REDstack的剝離公司利用反向電滲析(RED)的方法來(lái)發(fā)電。跟此前用的半透膜不同，這種方法用的是允許鹽離子通過(guò)而不是水分子的薄膜。

目前反向電滲析方法有兩種可用的膜：一種允許鹽帶正電的鈉離子通過(guò)，另一種允許帶負(fù)電的氯離子通過(guò)。這些薄膜用來(lái)制造多層水三明治，其中鹽水層替換為淡水層，兩種類型的離子運(yùn)輸薄膜交替排列。這種排布可制造電壓，無(wú)需任何壓力驅(qū)動(dòng)渦輪，所以理論上這種方法可以非常有效率地捕捉混合過(guò)程的能量。

可持續(xù)用水技術(shù)中心的科學(xué)家們也研究出稱為電容混合(capmix)的第三種方法。這時(shí)鹽水和淡水交替注入放有兩個(gè)作為電能儲(chǔ)存裝置(或者電容)的電極的室內(nèi)。這個(gè)過(guò)程也能提高電壓。

一家歐洲財(cái)團(tuán)，在荷蘭、意大利、波蘭和西班牙都設(shè)有機(jī)構(gòu)，自2010年以來(lái)一直進(jìn)行著電容混合技術(shù)的探索，不斷有新的技巧被發(fā)現(xiàn)，例如，一支由烏特勒支大學(xué)物理學(xué)家Rene  van Roij帶領(lǐng)的隊(duì)伍最近展示，如果混合了淡水的鹽水被加熱到50攝氏度左右，藍(lán)色能源電容混合設(shè)備的能源輸出可能會(huì)加倍。

而這并不需要燃燒化石燃料來(lái)加熱，他們說(shuō)可以簡(jiǎn)單地使用工業(yè)過(guò)程中被加熱過(guò)的廢水。例如來(lái)自電廠或者數(shù)據(jù)中心(保護(hù)計(jì)算機(jī)防止過(guò)熱)的冷卻水。西班牙格拉納達(dá)大學(xué)一個(gè)獨(dú)立的團(tuán)隊(duì)也已證實(shí)了這一發(fā)現(xiàn)。

更顛覆性的想法

實(shí)際上，滲透作用在任何濃度差的可溶物質(zhì)中普遍都有效，比如說(shuō)糖。所以“藍(lán)色能量”不僅僅限于淡水和鹽水的混合。2013年，來(lái)自可持續(xù)用水技術(shù)中心的一支隊(duì)伍提出，可以用從化石燃料的發(fā)電廠獲得的溶化的二氧化碳?xì)怏w發(fā)電。二氧化碳易溶于水，生成碳酸，之后分解成碳酸氫鹽和氫離子。這些可以在電容混合過(guò)程中實(shí)現(xiàn)電極間排列整理，跟普通的鹽離子相同。正如電容混合方法需要用鹽水和淡水交替沖洗系統(tǒng)，這個(gè)新方法必須先用二氧化碳水(相當(dāng)于鹽水)，之后再用干凈的空氣(相當(dāng)于淡水)沖洗。

研究人員說(shuō)，世界范圍內(nèi)，化石燃料發(fā)電廠排出的煙道氣體含有每年大約能制造8500億度電能的二氧化碳：幾乎是英國(guó)年度電能消費(fèi)的100倍。這是一個(gè)驚人的顛覆性的想法：二氧化碳通常是問(wèn)題的一部分，但就能源產(chǎn)生過(guò)程而言，它成了解決方案的一部分。

  原標(biāo)題:藍(lán)色能源：潛力巨大的混合水發(fā)電